不同溫度長時熱老化對Z3CN20-09M鋼組織和性能的影響.pdf

1、鑄造雙相不銹鋼（CDSSs）因兼具有高強(qiáng)度、優(yōu)異的可鑄造性和焊接性以及良好的抗應(yīng)力腐蝕開裂等性能，而廣泛用于制造核電站壓水堆一回路主冷卻劑管道等壓力邊界部件。但是在反應(yīng)堆運(yùn)行溫度（一般范圍為288~327℃）下長期工作，鑄造雙相不銹鋼會產(chǎn)生熱老化脆化，導(dǎo)致管道鋼性能下降，進(jìn)而威脅一回路壓力邊界的完整性和核電站的運(yùn)行安全。因此，有必要對長時間熱老化后的鑄造雙相不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行研究，揭示其熱老化機(jī)理，為核電站老化和壽命管理以及延

2、壽工作提供技術(shù)支持。本文在350℃和400℃兩種溫度及空氣和模擬工況兩種環(huán)境條件下對國產(chǎn)離心鑄造Z3CN20-09M雙相不銹鋼進(jìn)行了加速熱老化試驗(yàn)，然后采用透射電鏡、維氏硬度試驗(yàn)、微型杯突試驗(yàn)對不同時長熱老化后Z3CN20-09M鑄造雙相不銹鋼顯微組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、室溫（25℃）及高溫（290℃）微型杯突力學(xué)性能進(jìn)行了研究；通過掃描電鏡對該鋼的微型杯突試樣的斷口形貌進(jìn)行觀察，分析熱老化對其斷裂機(jī)理的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括

3、：⑴Z3CN20-09M鋼長期熱老化后奧氏體中全位錯的密度大幅降低，全位錯之間、擴(kuò)展位錯之間以及全位錯和擴(kuò)展位錯之間會發(fā)生相互交割而形成位錯網(wǎng)絡(luò)、亞晶界和不可動位錯，造成擴(kuò)展位錯的密度下降。350℃熱老化1000h和400℃熱老化300h后，在基體上有細(xì)小的顆粒狀第二相析出；400℃熱老化3000h后鐵素體內(nèi)可以觀察到調(diào)幅分解產(chǎn)生的富Fe的α相及富Cr的α′相，隨熱老化時間的延長，雙相不銹鋼中的調(diào)幅分解程度逐漸增大，熱老化10000h后

4、，調(diào)幅分解逐漸達(dá)到平衡。⑵顯微維氏硬度測試表明：在不同的熱老化環(huán)境與溫度下，Z3CN20-09M鋼奧氏體相的硬度值隨熱老化時間延長變化并不明顯。350℃不同環(huán)境熱老化，鐵素體相硬度有少量的增長。在400℃不同環(huán)境熱老化，鐵素體相的硬度在2000h前增長緩慢，3000h后硬度值迅速增長。維氏硬度值變化與熱老化溫度及其熱老化時長有關(guān)，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明不同熱老化環(huán)境對顯微維氏硬度值影響不顯著。⑶室溫（25℃）微型杯突試驗(yàn)表明：350℃兩種不同環(huán)

5、境條件下，隨著熱老化時間的延長，Z3CN20-09M鋼的最大強(qiáng)度 Pu/t02有小幅度的增加；比斷裂能 Esp有小幅度的減少，比屈服 Py/t02均變化幅度不大。400℃兩種不同環(huán)境條件下，隨著熱老化時間的延長， Z3CN20-09M鋼的比強(qiáng)度Pu/t02和比屈服Py/t02均有少量增長，比斷裂能Esp均持續(xù)減少。微型杯突力學(xué)性能數(shù)值變化與熱老化溫度及其熱老化時長有關(guān)，熱老化環(huán)境的對力學(xué)性能影響不顯著。斷口分析表明：微型杯突試驗(yàn)宏觀斷口

6、沒有明顯的區(qū)別。在熱老化初期材料的微型杯突斷口主要以微孔聚集型斷裂為主，表現(xiàn)為較好的韌性斷裂；隨著熱老化時間延長，出現(xiàn)準(zhǔn)解理斷裂形式與微孔聚集型斷裂的結(jié)合。隨著熱老化時間延長，材料的韌性下降，逐漸轉(zhuǎn)化為脆性材料。⑷高溫（290℃）微型杯突試驗(yàn)表明：在不同的熱老化溫度和環(huán)境條件下，隨著熱老化時間的延長， Z3CN20-09M鋼的最大強(qiáng)度和比屈服都有著小幅度的增加；比斷裂能逐漸減少。高溫微型杯突力學(xué)性能數(shù)值變化與熱老化溫度及其熱老化時長有關(guān)